近年来青藏高原多年冻土地区降雨量呈增大趋势，导致活动层沿多年冻土层滑脱，诱发的冻土浅层滑坡灾害严重影响区域生态环境和人类活动。冻土浅层滑坡失稳是渗流、温度和应力复杂耦合的过程，明确降雨条件下多年冻土斜坡水热力响应机制，揭示降雨诱发冻土浅层滑坡失稳的机理十分关键。基于冻土水热力耦合数值模拟方法，建立了仅施加气温变化的模型一和在气温变化基础上施加强度为9 mm·d-1、持续降雨18 d的模型二，探讨了低强度、长时间降雨对多年冻土斜坡水热力演化的影响。结果表明：夏季雨水入渗对斜坡浅层温度场产生扰动，进而影响土体冻融过程，活动层以下有形成富水层的可能。雨水入渗导致融土饱和度大幅增加，水分渗流方向由竖直向下逐渐转变为顺坡方向。极限状态下斜坡位移分布在活动层，符合冻土浅层滑坡变形特征，降雨入渗数天后活动层位移有显著增大的趋势，最大位移所在位置向坡脚转移。降雨对斜坡稳定性影响显著，雨水入渗对活动层水热力产生持续影响，斜坡安全系数最小值出现明显滞后。研究结果为青藏地区冻土浅层滑坡灾害防治提供了科学指导。

针对高寒地区尾矿库冻土的特点，采用Midas软件建立反映冻土地区特征的尾矿库数值模型，并对尾矿库进行渗流稳定分析。结果表明，深部多年冻土层对浸润线具有抬升作用，会增大尾矿库的潜在位移，降低安全稳定系数，并且最终导致尾矿坝受到渗透破坏，从而影响尾矿坝的整体安全。在此基础上，分析了计算结果的可靠性并提出相应的防护措施。

在人工冻结法工程中,关于地下水与冻结温度场的耦合性研究主要着眼于恒定渗流工况,而对突发定渗流工况鲜有研究。为了分析突发定渗流作用下温度场演化规律,基于相似理论建立模型试验系统,开展了单排管冻结模型试验研究,得到了突发定渗流条件下冻结壁及温度场的演化规律。试验结果显示:①突发定渗流速度vs接近恒定渗流条件下极限交圈流速vc时,上、下游未冻区温度随时间呈线性变化,当vs>vc时未冻区温度随时间呈二次函数型变化,vs越大该变化趋势越显著;②随着vs的增大,试验末期冻结壁形态逐步由偏心冻结壁向独立偏心冻土柱过渡。研究表明:①突发定渗流对温度场的作用可划分为未冻区的直接作用和冻土区的间接作用;②基于突发定渗流发生后的冻结壁形态和温度场分布特征,地层冻结过程可划分为:持续扩展、减速扩展、发展抑制、全面损伤4个阶段;③渗流发生前,土体温度梯度呈三角函数分布,渗流发生后,上游温度梯度峰值将会迅速增大,峰值位置向冻土区移动,下游温度梯度逐步趋平。根据上述研究结果发现在...

风积土在我国分布范围较广,其具有显著的结构性,在温度、应力和渗流作用下,路基常有冻胀、融沉、强度降低等病害发生,路基填料结构性的损伤与演变是根本原因,给基础建设造成严重经济损失。本论文阐述我国西部高纬度和北方地区风积土,在季节性冻胀、应力和渗流耦合作用下,风积土路基填料结构性的研究现状。

为了研究冻土区地下水的渗流效应对桩基的荷载传递规律的影响,考虑到桩身轴力、桩侧冻结应力和桩周土温度对桩基承载力均有影响,依据室内模拟试验,分别模拟了无地下水、桩顶水有温度效应、桩底水有温度效应、桩顶水有温度及渗流效应、桩底水有温度及渗流效应5种不同工况下地下水对冻土桩基承载力的影响。试验结果表明:无论是桩顶水还是桩底水,在接近地下水处,同时有温度效应及渗流效应的轴力值变化比仅有温度效应时的小,当地下水为桩底水时加载后的桩轴力小于地下水为桩顶水时的轴力值;桩底水引起的桩侧冻结应力变化幅度比桩顶水大,地下水的温度效应使得部分冻土温度升高而融化,而地下水的渗流效应进一步增大了冻土融化范围,使得桩基力学特性发生改变,进而影响了桩基承载力。

为了给出更符合工程实际的冻土边坡稳定性计算方法,通过考察青藏高原地区多年冻土边坡滑移实例、分析其破坏类型和影响因素,提出了高陡边坡的冻融折线型滑移面,基于热平衡理论和莫尔-库伦强度理论给出了折线型的滑移面确定方法;考虑土体在冻融循环作用下抗剪强度损伤、滑移面上水的渗流作用以及气温变暖三种因素,给出了框架锚杆支护多年冻土区高陡边坡的稳定性计算方法。算例分析表明:利用直线型滑面计算的多年冻土边坡稳定性系数比折线型滑移面更小,容易造成保守设计,使用折线型滑移面更为经济;边坡开挖后10a内,冻融循环作用对稳定性的发展趋势起主导作用,10a后气温变暖发挥主要作用,渗流作用对边坡稳定性的影响较为显著,对稳定性发展趋势没有影响,但三种因素都应当在工程设计中考虑。

为了定量研究斜坡渗流对冻土区公路路基温度场的影响,建立了考虑相变和水分对流传热的冻土导热数值模型,对青藏公路斜坡路基温度场进行了数值模拟,研究了不同土质、不同斜坡坡度水分对流对冻土路基温度场的影响。结果表明:活动层水分渗流对冻土路基的影响主要表现为人为上限下降以及深部冻土的升温,水分渗流对路基下坡脚、路基中心的影响最为显著;浅地表导水系数越高、坡度越大,水分流动对温度场影响越大;对于浅层地表渗透性高(Ks>4×10-7 m·s-1)、含水量接近饱和且坡度较大(>10%)的斜坡路段路基,水分渗流对冻土路基稳定性影响不可忽略。

针对地下水较为发育的季节性冻土区高速铁路路堑地段易发生路基冻胀的情况,采用数值模拟方法,运用SEEP/W软件,进行路基冻胀的井点降水整治研究。结果表明:抽水量为1.5m3·h-1的小型水泵在埋深为5～7m的条件下,连续工作约1.3～1.4h可将其周围的水位降至泵底;井点降水整治中,水泵埋深取为6.7m较为合理;取水泵合理的埋深为6.7m时,为在入冬前将路堑中的地下水位降低到3.8m,需抽水25d;入冬后为确保水位在最大冻深3.0m以下,并同时考虑到节能,可采取间隔抽水方式,而暂停抽水后路堑中心地下水位从3.8m回升到3m需要7.5d(水泵最大间歇时间),然后启动水泵再次将水位从3.0m降至3.8m的抽水时间需要6d。依据数值分析结果在试验段采用井点降水整治后,路基的最大冻胀量从2013年的11.6mm降至2014年的4.5mm,路基的冻胀整治效果较为显著,表明根据数值分析结果制定的井点降水整治方案是合理的。

为研究青藏铁路高温高含冰量斜坡润湿地段路基稳定性,在青藏铁路K1139+940处开展地温、变形监测,分析路基地温、变形特征,建立温度、水分与变形耦合方程,预测斜坡水分运移对路基温度和变形的影响。结果表明:(1)斜坡路基阴阳坡效应明显,阳坡年平均温度比阴坡高2.5℃以上;(2)路基运营初期,左路肩下冻土上限下降、地表升温,而右路肩下上限抬升、温度降低,温度场的横向非对称分布导致明显的路基横向变形差异;(3)活动层水分渗流对路基阳坡下部温度和变形影响最明显,路基中心次之,阴坡最小,水分渗流加速了路基的升温和变形过程、加剧了路基温度场和变形的非对称分布;(4)斜坡路基运行50 a后,斜坡路基下部含土冰层全部融化、路面最大横向变形差异达到18 cm。对于含水量较高的斜坡地段,水分渗流对温度场和变形的影响不可忽略。